高邊坡錨索體系性能退化模型及時(shí)變可靠度研究

預(yù)應(yīng)力錨索是水利水電工程高邊坡加固的重要措施之一，故錨索體系因材料腐蝕引起性能退化可能會(huì)造成高邊坡失穩(wěn)。定量地評(píng)價(jià)錨索體系性能退化對(duì)高邊坡可靠度的影響是防治滑坡災(zāi)害的重要前提。本項(xiàng)目采用理論建模、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，建立了高邊坡特定運(yùn)行環(huán)境條件下預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕率模型以及考慮腐蝕條件下錨索兩種典型破壞模式的錨固力時(shí)變模型，提出了基于子集模擬的巖質(zhì)邊坡系統(tǒng)可靠度分析方法和基于模型修正的邊坡可靠度高效協(xié)同式分析方法。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)比較了常用的高邊坡預(yù)應(yīng)力錨索服役壽命預(yù)測(cè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。最后，依托錦屏一級(jí)水電站左岸高邊坡開(kāi)展應(yīng)用研究，探討了參數(shù)不確定和錨索體系性能退化對(duì)高邊坡時(shí)變系統(tǒng)可靠度的影響規(guī)律。研究表明：錨索服役前期（120年）邊坡安全系數(shù)和失效概率變化相對(duì)較小，后期安全系數(shù)和失效概率變化幅度急劇增大，邊坡穩(wěn)定性條件迅速惡化。錨索鋼絞線直徑和密度、注漿體厚度、環(huán)境溫度以及水灰比對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索服役壽命具有顯著的影響。提出的基于子集模擬的邊坡系統(tǒng)可靠度方法計(jì)算效率明顯高于蒙特卡羅模擬方法，計(jì)算精度優(yōu)于一階等效近似方法、N維等效方法和Ditlevsen上下限方法，可為解決低失效概率水平復(fù)雜巖質(zhì)邊坡系統(tǒng)可靠度問(wèn)題提供一個(gè)重要的工具。圍繞本項(xiàng)目研究，出版了學(xué)術(shù)專著1部，發(fā)表了相關(guān)學(xué)術(shù)論文28篇，其中SCI論文6篇（均第1作者）、EI論文10篇（均第1作者）、CSCD論文6篇（第1作者4篇）、國(guó)際會(huì)議論文3篇（第1作者2篇），有2篇SCI論文被一區(qū)Top期刊收錄，取得了計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記1項(xiàng)，申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。研究成果可為深入認(rèn)識(shí)錨固體系性能退化機(jī)理，推動(dòng)可靠度和風(fēng)險(xiǎn)分析方法在邊坡工程設(shè)計(jì)及滑坡災(zāi)害防治實(shí)踐中的應(yīng)用，指導(dǎo)制定合理的錨固結(jié)構(gòu)維護(hù)策略和建立完善的滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與調(diào)控體系提供重要的理論與技術(shù)支持。 2100433B

預(yù)應(yīng)力錨索是水利水電工程高邊坡加固的重要措施之一，故錨索體系因材料腐蝕引起性能退化可能會(huì)造成高邊坡失穩(wěn)。定量地評(píng)價(jià)錨索體系性能退化對(duì)高邊坡可靠度的影響是防治滑坡災(zāi)害的重要前提。本項(xiàng)目擬采用理論建模、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，建立高邊坡特定運(yùn)行環(huán)境條件下預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕率模型，錨索與注漿體界面、注漿體與巖體界面黏結(jié)強(qiáng)度衰減模型，并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)資料驗(yàn)證所提模型的有效性和適用性。在此基礎(chǔ)上，建立腐蝕條件下錨索體系性能退化模型和預(yù)估在役預(yù)應(yīng)力錨索的剩余使用壽命。最后，依托錦屏一級(jí)水電站左岸高邊坡開(kāi)展應(yīng)用研究，基于非侵入式隨機(jī)有限元法評(píng)估考慮參數(shù)不確定性和錨索體系性能退化的高邊坡運(yùn)行期時(shí)變可靠度。本項(xiàng)目研究成果將為深入認(rèn)識(shí)錨固體系性能退化機(jī)理，指導(dǎo)制定合理的錨固結(jié)構(gòu)維護(hù)策略和建立完善的滑坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與調(diào)控體系提供重要的理論與技術(shù)支持。

作為復(fù)雜體系的斜拉橋大都建立了自身的施工監(jiān)控、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，力求進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。研究出一套便于推廣且有效的在斜拉橋全壽命期對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況做出客觀可靠的評(píng)估，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息的斜拉橋可靠性評(píng)價(jià)模式是十分必要和迫切的，也尚有大量難題亟待解決。申請(qǐng)人提出對(duì)斜拉橋進(jìn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)可靠度分析并建立相應(yīng)評(píng)估體系，在已有研究基礎(chǔ)上努力進(jìn)行計(jì)算方法的理論完善，隨機(jī)性因素的修正，系統(tǒng)性的強(qiáng)化，向更深層次的評(píng)估理論體系探討。解決諸如：建立斜拉橋施工期荷載統(tǒng)計(jì)模型、運(yùn)營(yíng)期車(chē)輛荷載概率模型的修正、基于改進(jìn)隨機(jī)有限元的的荷載效應(yīng)計(jì)算及組合、基于隨機(jī)過(guò)程分析的斜拉橋復(fù)雜體系的失效模式追尋、從系統(tǒng)論角度出發(fā)提出基于層次分析法結(jié)合灰色系統(tǒng)理論的動(dòng)態(tài)可靠度指標(biāo)評(píng)估體系的建立等科學(xué)問(wèn)題。努力為斜拉橋結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估的定性、定量化奠定基礎(chǔ)，指導(dǎo)斜拉橋狀態(tài)評(píng)估。

大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)大都建立了自身的施工監(jiān)控、健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，力求對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體行為的實(shí)時(shí)監(jiān)控和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評(píng)估。研究出一套便于推廣且有效的在斜拉橋施工－運(yùn)營(yíng)期對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況做出客觀可靠的評(píng)估，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息的斜拉橋可靠性評(píng)價(jià)模式是非常必要的。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提出對(duì)斜拉橋進(jìn)行動(dòng)態(tài)可靠度分析、評(píng)估，進(jìn)行計(jì)算方法的理論完善，更多隨機(jī)性因素的修正、系統(tǒng)性的強(qiáng)化，向更深層次的理論體系探討。解決主要問(wèn)題有：第一荷載效應(yīng)方面，依托實(shí)際工程對(duì)施工期荷載進(jìn)行了分類，補(bǔ)充建立了施工期荷載隨機(jī)過(guò)程概率模型，推導(dǎo)施工期荷載對(duì)現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)作用的統(tǒng)計(jì)公式，對(duì)車(chē)輛荷載概率模型進(jìn)行修正，更符合實(shí)際運(yùn)營(yíng)中多峰分布的特性，并提出基于隨機(jī)有限元的的荷載效應(yīng)計(jì)算方法。第二結(jié)構(gòu)抗力計(jì)算方面，基于灰色系統(tǒng)理論研究并改進(jìn)計(jì)算方法的包容性和開(kāi)放性，便于實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合橋梁檢測(cè)信息能夠及時(shí)修正處理；第三基于隨機(jī)過(guò)程分析的斜拉橋復(fù)雜體系的失效模式追尋；第四從系統(tǒng)論角度出發(fā)提出基于灰色系統(tǒng)理論和層次分析法的動(dòng)態(tài)可靠度指標(biāo)評(píng)估體系的建立等。從而為斜拉橋結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估的定性、定量化奠定基礎(chǔ)，指導(dǎo)狀態(tài)評(píng)估。 2100433B

大跨度鋼斜拉橋結(jié)構(gòu)纖柔、施工期長(zhǎng)、施工工序復(fù)雜，其施工期結(jié)構(gòu)可靠度問(wèn)題屬于復(fù)雜受力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度研究的前沿課題。圍繞大跨度鋼斜拉橋施工全過(guò)程結(jié)構(gòu)時(shí)變體系可靠度問(wèn)題，結(jié)合其力學(xué)行為特性，通過(guò)仿真分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及關(guān)鍵構(gòu)件試驗(yàn)，從關(guān)鍵構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系多尺度層面闡明結(jié)構(gòu)時(shí)變體系的主要失效模式及其力學(xué)機(jī)理；采用多尺度可靠度新理念，建立大跨度鋼斜拉橋施工全過(guò)程時(shí)變體系的多尺度可靠度模型，研究并揭示結(jié)構(gòu)時(shí)變體系可靠度與其關(guān)鍵構(gòu)件可靠度間的相互關(guān)系規(guī)律；提出基于多尺度可靠度模型的大跨度鋼斜拉橋施工過(guò)程時(shí)變體系可靠度計(jì)算方法，探明其施工全過(guò)程時(shí)變體系可靠度的演化規(guī)律并建立相應(yīng)的可靠度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。本項(xiàng)目研究成果可為大跨度鋼斜拉橋設(shè)計(jì)理論、施工控制決策、災(zāi)害性工程事故預(yù)防及對(duì)策提供科學(xué)依據(jù)并為其設(shè)計(jì)及施工規(guī)范的制定提供重要參考，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。